[发明专利]一种表面改性的富锂锰材料、制备方法及在锂离子电池中的应用

说明书

技术领域

本发明属于锂电池应用技术领域，具体涉及一种表面改性的富锂锰材料、制备方法及在锂离子电池中的应用。

背景技术

富锂锰，英文名为Li-richlayeredmaterials，分子式为xLi₂MnO₃-(1-x)LiMO₂(M=Mn,Ni,Co)。富锂锰材料是重要的锂离子电池正极材料。

传统的富锂锰正极材料在首次充放电时其首次库仑效率为70%-80%，首次库仑效率小于100%，会伴随氧气的放出，在全电池的应用中对安全性有着很大的威胁，这是制约富锂锰材料作为锂离子电池正极材料在商品化应用中的关键因素。美国阿贡高能量实验室M.M.Thackeray教授提出利用酸处理富锂锰正极材料的方法提高其首次库仑效率，但是该方法既改变了富锂锰的结构，同时降低了其首次充电容量；韩国汉阳大学Yang-KookSun教授通过对富锂锰材料进行表面AlF₃包覆有效的将富锂锰材料的首次库仑效率提高至90%以上，但是仍未达到100%，在充放电过程中氧气的析出依然存在；天津大学赵乃勤教授课题组通过对富锂锰材料表面包覆FePO₄有效的将其首次库仑效率提高至80%以上，但是同样也没有从根本上解决其首次库仑效率不足100%的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有富锂锰材料首次充放电库仑效率小于100%的问题，而提供一种表面改性的富锂锰材料、制备方法及在锂离子电池中的应用。

本发明首先提供一种表面改性的富锂锰材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将富锂锰材料和钼的化合物研磨，得到化合物粉末，所述的钼的化合物中的钼元素和富锂锰材料的质量比为1：（10～1000）；

步骤二：将步骤一得到的化合物粉末在空气中以1-10℃/min升温速率加热，100-500℃条件下煅烧0.5-5h，以1-10℃/min降温速率冷却至室温，即得到表面改性的的富锂锰材料。

优选的是，所述的富锰锂材料的结构式为（xLi₂MnO₃-(1-x)Li(Mn_aNi_bCo_c)O₂，其中，0.3<<x<<0.7，0<<a<<1,0<<b<<0.5,0<<c<<0.5,a+b+c=1。

优选的是，所述的富锰锂材料的结构式为0.5Li₂MnO₃-0.5Li(MnNiCo)_1/3O₂。

优选的是，所述的富锰锂材料的结构式为0.5Li₂MnO₃-0.5Li(MnNi)_1/2O₂。

优选的是，所述的钼的化合物选自三氧化钼或钼酸铵中的一种或两种。

优选的是，所述的钼的化合物中的钼元素和富锂锰材料的质量比为1：150。

优选的是，所述的研磨时间为20～60min。

优选的是，所述的步骤二的煅烧温度为300℃，煅烧时间为5h。

本发明还提供上述制备方法得到的表面改性的富锂锰材料。

本发明还提供上述表面改性的富锂锰材料在锂离子电池中的应用。

本发明的有益效果

本发明提供一种表面改性的富锂锰材料的制备方法，该方法将富锂锰材料和钼的化合物研磨，得到化合物粉末，所述的钼的化合物中的钼元素和富锂锰前驱体质量比为1：（10～1000）；将化合物粉末在空气中以1-10℃/min升温速率加热，在100-500℃条件下煅烧0.5-5h，以1-10℃/min降温速率冷却至室温，即得到表面改性的的富锂锰材料。该方法工艺简单，通过控制反应温度，由于钼化合物的单层分散作用，使钼化合物完全包覆在富锂锰前驱体表面。

本发明还提供一种表面改性的富锂锰材料及在锂离子电池中的应用，该表面改性的富锂锰材料制备的锂离子电池正极材料具有良好的电化学性能，由于钼化合物的完全包覆使富锂锰与电解液完全隔绝，将富锂锰的首次库仑效率提高。实验结果表明：对比于富锂锰前驱体的首次库仑效率为70%-80%，本发明制备的表面改性的富锂锰材料的首次库仑效率提高至100%，同时，在维持富锂锰前驱体放电比容量的前提下，极大的提高了全电池的安全性。

附图说明